Zahájit digitální počítač vozidla - Launch Vehicle Digital Computer
Launch Vehicle Digital Computer ( LVDC ) byl počítač, který za předpokladu, že autopilot pro Saturn V rakety od uvedení na Zemi vložení orbity . Navržený a vyráběný firmou IBM ‚s Electronics Systems Center v Owego, New York, to byl jeden z hlavních složek nástroje jednotky , instalované na S-IVB fázi Saturn V a Saturn IB raket. LVDC také podporovalo kontrolu před a po spuštění hardwaru Saturn. To bylo používáno ve spojení s Launch Vehicle Data Adapter (LVDA), který prováděl úpravu signálu ze vstupů senzoru do počítače z nosného vozidla.
Hardware
LVDC bylo schopné vykonat 12190 instrukcí za sekundu . Pro srovnání, mikroprocesor éry z roku 2012 může provádět 4 instrukce na cyklus při 3 GHz, čímž dosahuje 12 miliard instrukcí za sekundu, milionkrát rychleji.
Jeho hlavní hodiny běžely na 2,048 MHz, ale operace byly prováděny bitově sériově, přičemž ke zpracování každého bitu byly zapotřebí 4 cykly, 14 bitů na fázi instrukce a 3 fáze na instrukci, pro základní dobu cyklu instrukcí 82 μs (168 taktů) ) pro jednoduché přidání. Několik instrukcí (například znásobení nebo rozdělení) trvalo několik násobků základního cyklu instrukcí.
Paměť měla podobu 13bitových slabik , z nichž každá měla 14. paritní bit. Pokyny měly velikost jedné slabiky, zatímco datová slova byla dvě slabiky (26 bitů). Hlavní pamětí bylo magnetické jádro s náhodným přístupem ve formě 4 096 slovních paměťových modulů. Až 8 modulů poskytovalo maximálně 32 768 slov paměti. Ultrazvukové zpožďovací linky poskytovaly dočasné uložení.
Pro spolehlivost používala LVDC trojnásobnou redundantní logiku a hlasovací systém. Počítač zahrnoval tři identické logické systémy. Každý logický systém byl rozdělen do sedmistupňového potrubí . V každé fázi projektu by hlasovací systém převzal většinové hlasování o výsledcích, přičemž nejpopulárnější výsledek byl předán do další fáze ve všech kanálech. To znamenalo, že pro každou ze sedmi fází by mohl selhat jeden modul v kterémkoli ze tří potrubí a LVDC by stále produkovalo správné výsledky. Výsledkem byla odhadovaná spolehlivost 99,6% během 250 hodin provozu, což bylo mnohem více než těch pár hodin potřebných pro misi Apollo.
Se čtyřmi paměťovými moduly o celkové kapacitě 16 384 slov vážil počítač 32,9 kg, byl 750,5 × 320 mm × 270 mm a spotřeboval 137 W.
Softwarová architektura a algoritmy
Slova instrukcí LVDC byla rozdělena na 4bitové pole opcode (nejméně významné bity) a 9bitové pole adresy operandu (nejvýznamnější bity). To ponechalo šestnáct možných hodnot opcode, když existovalo osmnáct různých instrukcí: následně tři instrukce používaly stejnou hodnotu opcode a použily dva bity hodnoty adresy k určení, která instrukce byla provedena.
Paměť byla rozdělena do 256 slovních „sektorů“. 8 bitů adresy určovalo slovo v sektoru a 9. bit vybraný mezi softwarově volitelným „aktuálním sektorem“ nebo globálním sektorem zvaným „zbytková paměť“.
Osmnáct možných instrukcí LVDC bylo:
Návod | Operační kód | Funkce |
---|---|---|
HOP |
0000 | Proveďte přenos do jiné části programu. Na rozdíl od moderní instrukce „skok“ adresa operandu ve skutečnosti neurčila adresu, na kterou má skočit, ale ukázala na 26bitovou „HOP konstantu“, která specifikovala adresu. |
MPY |
0001 | Vynásobte obsah paměťového místa určeného v adrese operandu obsahem registru akumulátoru. Tato instrukce trvala čtyři instrukční cykly, ale nezastavila provádění programu, takže další instrukce mohly být provedeny před jejím dokončením. Výsledek byl ponechán ve známém registru. |
SUB |
0010 | Odečtěte obsah paměťového místa uvedeného v adrese operandu od registru akumulátoru. |
DIV |
0011 | Rozdělte obsah paměťového místa uvedeného v adrese operandu na akumulátor. Tato instrukce trvala osm instrukčních cyklů, ale nezastavila provádění programu. |
TNZ |
0100 | Přenese provedení instrukce na zadanou adresu operandu, pokud obsah akumulátoru není nula. |
MPH |
0101 | Vynásobte obsah paměťového místa určeného v adrese operandu obsahem registru akumulátoru. Na rozdíl od MPY tato instrukce zastaví provádění, dokud není násobení dokončeno. |
AND |
0110 | Logicky A obsah akumulátoru s obsahem umístění paměti určeného v adrese operandu. |
ADD |
0111 | Přidejte obsah umístění paměti zadaného v adrese operandu do registru akumulátoru. |
TRA |
1000 | Proveďte přenos do umístění paměti určeného v adrese operandu. Adresa je v aktuálním sektoru výuky; 9. (zbytkový) bit operandu vybere slabiku. |
XOR |
1001 | Logicky XOR obsah akumulátoru s obsahem umístění paměti zadaného v adrese operandu. |
PIO |
1010 | Procesní vstup nebo výstup: komunikujte s externím hardwarem pomocí datového adaptéru. „Bity adresy nižšího řádu, A1 a A2, určují, zda je operace vstupní nebo výstupní instrukcí. Bity adresy vyššího řádu, A8 a A9, určují, zda se datový obsah přenáší z hlavní paměti, zbytkové paměti nebo akumulátoru.“ |
STO |
1011 | Uložte obsah registru akumulátoru na místo v paměti určené v adrese operandu. |
TMI |
1100 | Provedení přenosu na zadanou adresu operandu, pokud je obsah akumulátoru záporný. |
RSU |
1101 | Obsah akumulátoru se odečte od obsahu místa v paměti zadaného v adrese operandu a výsledek zůstane v akumulátoru. |
SHR |
01 1110 | Obsah akumulátoru je posunut až o dva bity na základě hodnoty v adrese operandu. Tato instrukce může také vyčistit akumulátor, pokud jsou adresní bity operandu nulové. |
CDS |
x0 1110 | Změňte sektor dat. |
EXM |
11 1110 | Provedení přenosu na jednu z osmi adres v závislosti na adrese operandu, která také specifikuje úpravy adresy operandu další instrukce před jejím provedením. |
CLA |
1111 | (Vymazat akumulátor a) načíst paměť. |
Programy a algoritmy
Za letu LVDC běžel hlavní výpočetní smyčku každé 2 sekundy pro vedení vozidla a menší smyčku 25krát za sekundu pro řízení postoje. Vedlejší smyčka je spouštěna vyhrazeným přerušením každých 40 ms a spuštění trvá 18 ms.
Na rozdíl od softwaru Apollo Guidance Computer se zdá, že software běžící na LVDC zmizel. Zatímco hardware by bylo poměrně snadné napodobit, jediné zbývající kopie softwaru jsou pravděpodobně v základní paměti LVDC přístrojové jednotky zbývajících raket Saturn V, které jsou k vidění na stránkách NASA.
Přerušení
LVDC by také mohlo reagovat na řadu přerušení vyvolaných vnějšími událostmi.
Pro Saturn IB to byla přerušení:
Bit datových slov LVDC | Funkce |
---|---|
1 |
Interní pro LVDC |
2 |
Náhradní |
3 |
Chyba současné paměti |
4 |
Přerušení dekodéru příkazů |
5 |
Referenční referenční příručka |
6 |
Ruční spuštění vypnutí motoru S-IVB |
7 |
Odpojení přívěsných motorů S-IB |
8 |
S-IVB Engine Out |
9 |
Přerušení RCA-110A |
10 |
S-IB snímače nízké hladiny paliva suché |
11 |
Přerušení RCA-110A |
Pro Saturn V to byla tato přerušení:
Bit datových slov LVDC | Funkce |
---|---|
1 | Přerušení malé smyčky |
2 | Přerušení výběru přepínače |
3 | Přerušení jednotky počítačového rozhraní |
4 | Dočasná ztráta kontroly |
5 | Přerušení přijímače příkazů |
6 | Referenční referenční příručka |
7 | Vyčerpání pohonné látky S-II / vypnutí motoru |
8 | Vyčerpání pohonné látky S-IC / vypnutí motoru |
9 | S-IVB Engine Out |
10 | Recyklace programu (přerušení RCA-110A) |
11 | S-IC Inboard Engine Out |
12 | Příkaz LVDA / RCA-110A Přerušení |
Konstrukce
LVDC byl přibližně 30 palců (760 mm) široký, 12,5 palce (320 mm) vysoký a 10,5 palce (270 mm) hluboký a vážil 80 liber (36 kg). Podvozek byl vyroben ze slitiny hořčíku a lithia LA 141, který byl vybrán pro svou vysokou tuhost, nízkou hmotnost a dobré vlastnosti tlumení vibrací. Šasi bylo rozděleno na matici 3 x 5 buněk oddělených stěnami, kterými cirkulovalo chladivo, aby se odstranilo 138 wattů energie rozptýlené počítačem. Sloty ve stěnách buněk obsahovaly „stránky“ elektroniky. Rozhodnutí ochladit LVDC cirkulací chladicí kapaliny skrz stěny počítače bylo v té době jedinečné a umožnilo umístit LVDC a LVDA (částečně chlazené touto technikou) na jedno místo studené desky kvůli trojrozměrnému balení. Chladicí desky používané k chlazení většiny zařízení v přístrojové jednotce byly neefektivní z pohledu prostoru, i když byly univerzální pro různé použité vybavení. Slitina LA 141 byla použita IBM na klávesnici Gemini, načtených jednotkách a počítači v malém množství a větší rám LVDC byl vyroben z největších sochorů LA 141 odlitých v té době a následně CNC obráběn do rámu .
Stránka se skládala ze dvou desek 2,5–3 palců (64–76 mm) dozadu a z hořčíkově-lithiového rámu, který odvádí teplo do šasi. Dvanáctivrstvé desky obsahovaly signální, výkonové a zemní vrstvy a spojení mezi vrstvami byla provedena pokovenými otvory.
Na desku bylo možné pájet přetavením až 35 čtverců oxidu hlinitého o rozměrech 0,3 x 0,3 o 0,07 palce (7,6 mm × 7,6 mm × 1,8 mm). Tyto čtverce z oxidu hlinitého měly vodiče hedvábně stíněné na horní stranu a rezistory hedvábně stíněné na spodní stranu. Polovodičové čipy o velikosti 0,64 mm × 0,64 mm o velikosti 0,025 x 0,025 palce, z nichž každý obsahoval buď jeden tranzistor, nebo dvě diody, byly pájeny přetavením na horní stranu. Celý modul byl nazýván jednotkovým logickým zařízením. Jednotkové logické zařízení (ULD) bylo menší verzí modulu IBM Solid Logic Technology (SLT), ale s připojením pomocí klipů. Měděné koule byly použity pro kontakty mezi čipy a vodivými vzory.
Hierarchie elektronické struktury je uvedena v následující tabulce.
ÚROVEŇ | SOUČÁSTKA | MATERIÁL | IBM TERM |
---|---|---|---|
1 | Tranzistor, dioda | 0,25 mm × 0,64 mm křemík o rozměrech 0,025 x 0,025 palce | - |
2 | Až 14 tranzistorů, diod a rezistorů | Oxid hlinitý 0,3 x 0,3 x 0,07 palce (7,6 mm × 7,6 mm × 1,8 mm) | ULD (Unit Logic Device) |
3 | Až 35 ULD | Deska s plošnými spoji 2,5 x 3 palce (64 mm × 76 mm) | MIB (Multilayer Interconnection Board) |
4 | Dva MIB | Rám z hořčíku a lithia | Strana |
Galerie
Viz také
- Naváděcí počítač Apollo
- Primární naváděcí systém kosmické lodi Apollo PGNCS
- Palubní počítač kosmické lodi Gemini (OBC)
Poznámky
Reference
- IBM, Saturn V Launch Vehicle Digital Computer, Volume One: General Description and Theory , 30. listopadu 1964
- IBM, Saturn V Guidance Computer, pololetní zpráva o pokroku, 1. dubna - 30. září 1963 , 31. října 1963; archiv
- Bellcomm, Inc, Požadavky na paměť pro digitální počítač Launch Vehicle (LVDC) , 25. dubna 1967
- Boeing, Saturn V Launch Vehicle Guidance Equations, SA-504 , 15. července 1967
- Haeussermann, Walter (červenec 1970). Popis a výkon navigačního, navigačního a kontrolního systému Saturn Launch Vehicle (PDF) . NASA TN D-5869 .
- NASA Marshall Spaceflight Center, Saturn V Flight Manual SA-503 , 1. listopadu 1968
- NASA Marshall Spaceflight Center, Skylab Saturn IB Flight Manual , 30. září 1972
- MM Dickinson, JB Jackson, GC Randa. IBM Space Guidance Center, Owego, NY. „Saturn V Launch Vehicle Digital Computer and Data Adapter.“ Proceedings of the Fall Joint Computer Conference, 1964, strany 501-516.
- S. Bonis, R. Jackson a B. Pagnani. IBM Space Guidance Center, Owego, NY. „Mechanické a elektronické balení pro naváděcí počítač startovacího vozidla.“ Mezinárodní sympozium o balení elektronických obvodů 21. – 24. Srpna 1964. Stránky 226–241.
- IBM, Apollo Study Report, svazek 2. IBM Space Guidance Center, Owego, NY, 1. října 1963. 133 stran. K dispozici také na Virtual AGC (hledat 63-928-130 ).
- Příručka NASA MSFC , Astrionics System Saturn Launch Vehicles NASA Marshall Space Flight Center, 1. listopadu 1968. MSFC č. IV-4-401-1. IBM č. 68-966-0002. 419 stránek. Kapitola 15 je o LVDC a Launch Vehicle Data Adapter.